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亚热带常绿阔叶林栲树冠层光合生理生态研究

孟陈  
【摘要】: 亚热带常绿阔叶林是我国分布面积最大的森林植被类型,在世界森林植被中具有重要的作用和地位。本文选择亚热带常绿阔叶林演替顶级群落优势种栲树(Castanopsis fargesii)为研究对象,通过对其冠层日光合、夜呼吸和光合生理特性空间分布规律和季节动态的研究,为亚热带常绿阔叶林初级生产力从叶片向冠层的尺度推绎和生产力精确估算模型的建立提供数据支持和理论依据。 天童国家森林公园位于浙江省宁波市鄞州区东部,是我国亚热带常绿阔叶林的典型代表。本文依托建在森林内的观测铁塔和Li-6400便携式光合作用测定仪,于2006年3月、4月、9月和2007年1月对栲树冠层叶片光合作用气体交换特性等数据进行了野外观测和采集。通过数据的统计和分析,得到以下结论: (1)栲树冠层光合作用日动态在冠层不同的位置表现出不同的变化趋势,有“单峰”、“双峰”和“不规则”等形式。从春季到冬季,栲树冠层垂直空间上,顶部叶片的净光合速率显著高于冠层中部和底部,且是冠层中部和底部叶片的1.26~4.49倍;水平空间上,阳面叶的净光合速率分别比阴面叶高5.3%、5.1%、30%和43.8%;时间尺度上,光合作用的季节变化明显,其中4月份栲树冠层的光合作用最为旺盛,净光合速率分别是3月、9月和1月的1.60、2.99和3.54倍。栲树冠层光合作用的时空异质性与环境和生理因子具有密切的关系,相关和回归分析表明:净光合速率与胞间CO_2浓度、气孔导度和蒸腾速率极显著相关(r=±0.91,P<0.01);与光合有效辐射、大气温度、叶温和蒸汽压亏缺显著相关(r>0.60,,P<0.05),其中净光合速率与光合有效辐射和氮利用效率成自然对数(R~2=0.9,P<0.05)和二次函数关系(R~2=0.87,P<0.05)。 (2)从晚上19:00到凌晨5:00,栲树冠层夜间呼吸作用的呼吸速率在0.2576~1.410μmolCO_2/m~2s间表现为“直线”和“波动”上升。从2006年3月到次年1月,栲树冠层夜间呼吸速率在冠层垂直空间上表现为:顶部>中部>底部,且依次平均降低18.3%、25.4%、7.9%和17.8%;水平空间上,阳面叶的夜间呼吸速率在3月和4月高于阴面叶,但9月和1月却相反;时间尺度上,9月>4月>1月>3月,且依次降低28.0%、36.8%和37.3%。栲树冠层夜间呼吸作用具有显著的空间和时间异质性分布,相关和回归分析表明:栲树冠层夜间呼吸作用仅与胞间CO_2浓度、大气CO_2浓度和气孔导度部分相关显著,且成极显著一次函数关系(P<0.01)。 (3)由于森林冠层在能量传输、光合有效辐射和微气象等方面的差异,栲树光合生理特性在冠层空间分布上具有显著的异质性。垂直空间上,冠层阴面叶的饱和光合速率、光饱和点和CO_2羧化效率表现为顶部>中部>底部,且依次平均降低19.4%、18.1%和37.1%;光补偿点、光下暗呼吸和冠层阳面叶的光饱和速率、光饱和点、CO_2羧化效率表现为顶部>底部>中部,且顶部比中部和底部高12.3%~71.4%;表观量子效率表现为底部>顶部>中部,且底部是顶部和中部叶的1.2和1.3倍;水平空间上,在冠层顶部和底部,阳面叶的饱和光合速率、光饱和点和CO_2羧化效率比阴面叶高0.9%~31.5%;冠层中部,阴面叶的饱和光合速率等指标比阳面叶高9.6%~63.2%。相关分析表明:栲树冠层叶片除表观量子效率与比叶重和叶片氮含量成负相关外,其余均成正相关。


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